16.多线程

一、基本概念：程序、进程、线程

程序(program)是为完成特定任务、用某种语言编写的一组指令的集合。即指一段静态的代码，静态对象。

进程(process)是程序的一次执行过程，或是正在运行的一个程序。是一个动态的过程：有它自身的产生、存在和消亡的过程。——生命周期

　　如：运行中的QQ，运行中的MP3播放器

　　程序是静态的，进程是动态的

　　进程作为资源分配的单位，系统在运行时会为每个进程分配不同的内存区域

线程(thread)，进程可进一步细化为线程，是一个程序内部的一条执行路径。

若一个进程同一时间并行执行多个线程，就是支持多线程的

线程作为调度和执行的单位，每个线程拥有独立的运行栈和程序计数器(pc)，线程切换的开销小

一个进程中的多个线程共享相同的内存单元/内存地址空间它们从同一堆中分配对象，可以访问相同的变量和对象。这就使得线程间通信更简便、高效。但多个线程操作共享的系统资源可能就会带来安全的隐患

二、常用方法及线程的优先级

测试Thread中的常用方法：
* 1. start():启动当前线程；调用当前线程的run()
* 2. run(): 通常需要重写Thread类中的此方法，将创建的线程要执行的操作声明在此方法中
* 3. currentThread():静态方法，返回执行当前代码的线程
* 4. getName():获取当前线程的名字
* 5. setName():设置当前线程的名字
* 6. yield():释放当前cpu的执行权
* 7. join():在线程a中调用线程b的join(),此时线程a就进入阻塞状态，直到线程b完全执行完以后，线程a才
*           结束阻塞状态。
* 8. stop():已过时。当执行此方法时，强制结束当前线程。
* 9. sleep(long millitime):让当前线程“睡眠”指定的millitime毫秒。在指定的millitime毫秒时间内，当前
*                          线程是阻塞状态。
* 10. isAlive():判断当前线程是否存活
*
*
* 线程的优先级：
* 1.
* MAX_PRIORITY：10
* MIN _PRIORITY：1
* NORM_PRIORITY：5  -->默认优先级
* 2.如何获取和设置当前线程的优先级：
*   getPriority():获取线程的优先级
*   setPriority(int p):设置线程的优先级
*
*   说明：高优先级的线程要抢占低优先级线程cpu的执行权。但是只是从概率上讲，高优先级的线程高概率的情况下
*   被执行。并不意味着只有当高优先级的线程执行完以后，低优先级的线程才执行。
三、创建线程的方式

多线程的创建，方式一：继承于Thread类
* 1. 创建一个继承于Thread类的子类
* 2. 重写Thread类的run() --> 将此线程执行的操作声明在run()中
* 3. 创建Thread类的子类的对象
* 4. 通过此对象调用start()

创建多线程的方式二：实现Runnable接口
* 1. 创建一个实现了Runnable接口的类
* 2. 实现类去实现Runnable中的抽象方法：run()
* 3. 创建实现类的对象
* 4. 将此对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread类的对象
* 5. 通过Thread类的对象调用start()

比较创建线程的两种方式。
* 开发中：优先选择：实现Runnable接口的方式
* 原因：1. 实现的方式没有类的单继承性的局限性
*      2. 实现的方式更适合来处理多个线程有共享数据的情况。
*
* 联系：public class Thread implements Runnable
* 相同点：两种方式都需要重写run(),将线程要执行的逻辑声明在run()中。
四、线程的生命周期

新建： 当一个Thread类或其子类的对象被声明并创建时，新生的线程对象处于新建状态

就绪：处于新建状态的线程被start()后，将进入线程队列等待CPU时间片，此时它已具备了运行的条件，只是没分配到CPU资源

运行：当就绪的线程被调度并获得CPU资源时,便进入运行状态， run()方法定义了线程的操作和功能

阻塞：在某种特殊情况下，被人为挂起或执行输入输出操作时，让出 CPU 并临时中止自己的执行，进入阻塞状态

死亡：线程完成了它的全部工作或线程被提前强制性地中止或出现异常导致结束

五、线程的同步

多线程问题的原因：

　　当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。

解决办法：

　　对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。　

　　Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式：同步机制

方式一：同步代码块：　　

　　synchronized (同步监视器){

　　　　// 需要被同步的代码；

　　}

说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。  -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
*       2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
*       3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
*          要求：多个线程必须要共用同一把锁。
*
*       补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。

*　　　　　　　在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。

方式二：同步方法：如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明为同步的。

　　public [static] synchronized void show (String name){

　　　　….

　　}

关于同步方法的总结：
*  1. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。
*  2. 非静态的同步方法，同步监视器是：this
*     静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身

同步的方式，解决了线程的安全问题。---好处
   操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。 ---局限性

解决线程安全问题的方式三：Lock锁  --- JDK5.0新增

class A{

　　private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock()

　　public void m(){

　　　　lock.lock();

　　try{

　　　　//保证线程安全的代码;

　　}finally{

　　　　lock.unlock();

　　　　}

　　}

}

面试题：synchronized 与 Lock的异同？
*   相同：二者都可以解决线程安全问题
*   不同：synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
*        Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）
六、死锁问题

不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁

出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续

七、线程的通信

wait() 与 notify() 和 notifyAll()

wait()：令当前线程挂起并放弃CPU、同步资源并等待，使别的线程可访问并修改共享资源，而当前线程排队等候其他线程调用notify()或notifyAll()方法唤醒，唤醒后等待重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。

notify()：唤醒正在排队等待同步资源的线程中优先级最高者结束等待

 notifyAll ()：唤醒正在排队等待资源的所有线程结束等待

 

说明：
* 1.wait()，notify()，notifyAll()三个方法必须使用在同步代码块或同步方法中。
* 2.wait()，notify()，notifyAll()三个方法的调用者必须是同步代码块或同步方法中的同步监视器。
*    否则，会出现IllegalMonitorStateException异常
* 3.wait()，notify()，notifyAll()三个方法是定义在java.lang.Object类中。
*
* 面试题：sleep() 和 wait()的异同？
* 1.相同点：一旦执行方法，都可以使得当前的线程进入阻塞状态。
* 2.不同点：1）两个方法声明的位置不同：Thread类中声明sleep() , Object类中声明wait()
*          2）调用的要求不同：sleep()可以在任何需要的场景下调用。 wait()必须使用在同步代码块或同步方法中
*          3）关于是否释放同步监视器：如果两个方法都使用在同步代码块或同步方法中，sleep()不会释放锁，wait()会释放锁。
*

 

这三个方法只有在synchronized方法或synchronized代码块中才能使用，否则会报java.lang.IllegalMonitorStateException异常。

因为这三个方法必须有锁对象调用，而任意对象都可以作为synchronized的同步锁，因此这三个方法只能在Object类中声明。

八、JDK5.0 新增线程创建方式

新增方式一：实现Callable接口

* 如何理解实现Callable接口的方式创建多线程比实现Runnable接口创建多线程方式强大？
* 1. call()可以有返回值的。
* 2. call()可以抛出异常，被外面的操作捕获，获取异常的信息
* 3. Callable是支持泛型的

//1.创建一个实现Callable的实现类
class NumThread implements Callable{
    //2.实现call方法，将此线程需要执行的操作声明在call()中
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            if(i % 2 == 0){
                System.out.println(i);
                sum += i;
            }
        }
        return sum;
    }
}


public class ThreadNew {
    public static void main(String[] args) {
        //3.创建Callable接口实现类的对象
        NumThread numThread = new NumThread();
        //4.将此Callable接口实现类的对象作为传递到FutureTask构造器中，创建FutureTask的对象
        FutureTask futureTask = new FutureTask(numThread);
        //5.将FutureTask的对象作为参数传递到Thread类的构造器中，创建Thread对象，并调用start()
        new Thread(futureTask).start();

        try {
            //6.获取Callable中call方法的返回值
            //get()返回值即为FutureTask构造器参数Callable实现类重写的call()的返回值。
            Object sum = futureTask.get();
            System.out.println("总和为：" + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

创建线程的方式四：使用线程池
*
* 好处：
* 1.提高响应速度（减少了创建新线程的时间）
* 2.降低资源消耗（重复利用线程池中线程，不需要每次都创建）
* 3.便于线程管理
*      corePoolSize：核心池的大小
*      maximumPoolSize：最大线程数
*      keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多长时间后会终止

public class ThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        //1. 提供指定线程数量的线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        ThreadPoolExecutor service1 = (ThreadPoolExecutor) service;
        //设置线程池的属性
//        System.out.println(service.getClass());
//        service1.setCorePoolSize(15);
//        service1.setKeepAliveTime();


        //2.执行指定的线程的操作。需要提供实现Runnable接口或Callable接口实现类的对象
        service.execute(new NumberThread());//适合适用于Runnable
        service.execute(new NumberThread1());//适合适用于Runnable

//        service.submit(Callable callable);//适合使用于Callable
        //3.关闭连接池
        service.shutdown();
    }

}

* 面试题：创建多线程有几种方式？四种！